車身材料腐蝕試驗相關性研究

王添琪,馬瓊,李子濤

(1.安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽合肥 230091；2.馬鋼山鋼鐵股份有限公司，安徽馬鞍山 243003)

0 引言

目前汽車行業常用的腐蝕試驗方法較多，每種試驗方法都具有特定的優勢和應用范圍。針對此情況，作者對車身常用材料冷軋板、鍍鋅板的防腐性能進行驗證，研究冷軋板和鍍鋅板在中性鹽霧試驗、循環腐蝕試驗和整車強化腐蝕試驗中的腐蝕表征，對比分析3種試驗在不同試驗周期的腐蝕擴散量、腐蝕微觀形貌和腐蝕量3個維度的相關性。

1 實驗部分

1.1 試驗方法

此次驗證采用中性鹽霧試驗、循環腐蝕試驗和整車強化腐蝕試驗，其試驗標準及試驗設備選擇如表1所示。

表1 試驗方法選擇

1.2 驗證方案制定

選取冷軋板(SPCC)及鍍鋅板(DC52D45/45ZF)兩種材料，制備規定尺寸試板(如表2所示)。

表2 試板規格

電泳板制備方式為懸掛在白車身底盤，與車身同步電泳，要求電泳試片膜厚不小于20 μm(如圖1所示)。

圖1 試板制備

強化腐蝕試驗試片安裝位置選取腐蝕等級4級的環境區域(如圖2所示)，安裝方式為直接用膠粘貼，底盤電泳試片點2代表SPCC電泳試片位置，點1代表鍍鋅板電泳試片位置。

圖2 試板張貼位置

2 結果與討論

2.1 電泳試板劃痕擴散分析

對SPCC電泳板和鍍鋅電泳板進行60 ℃交叉劃痕，觀察在中性鹽霧試驗、循環腐蝕試驗中的階段性外觀形貌變化(如圖3所示)，其中中性鹽霧試驗共進行1 512 h，循環腐蝕試驗共進行63個循環(1 512 h)。

圖3 電泳板外觀形貌

對兩種板材的劃痕腐蝕擴散值進行統計分析(如表3所示)，可知：SPCC電泳板在中性鹽霧試驗各階段的劃痕腐蝕擴散量小于在循環腐蝕試驗中的劃痕腐蝕擴散量；鍍鋅電泳板在中性鹽霧試驗各階段的劃痕腐蝕擴散量大于在循環腐蝕試驗中的劃痕腐蝕擴散量。

表3 電泳板劃痕擴散值

同時從表3進一步說明鍍鋅板在中性鹽霧試驗中腐蝕結果最為嚴重，擴散寬度為SPCC電泳板中性鹽霧試驗的4倍，循環腐蝕試驗的2.6倍。在現實環境中，鍍鋅板防腐性能明顯優于普通板材[1]，因此推斷應用循環腐蝕試驗驗證鍍鋅板電泳件防腐性能更加接近實際車輛服役現狀。

根據統計數值分析其腐蝕擴散量變化趨勢(圖4)，可得在兩種試驗環境中腐蝕擴散量由大到小依次為：鍍鋅板中性鹽霧試驗>冷軋板循環腐蝕試驗>冷軋板中性鹽霧試驗>鍍鋅板循環腐蝕試驗。

圖4 劃痕擴散趨勢圖

2.2 裸板腐蝕質量損失分析

2.2.1 非電泳板腐蝕速率分析

圖5為SPCC冷軋板與鍍鋅板在中性鹽霧、循環腐蝕和強化腐蝕中的腐蝕速率趨勢圖，可以看出：SPCC冷軋板和鍍鋅板都是在中性鹽霧試驗中腐蝕速率最快，其次是強化腐蝕試驗和循環腐蝕試驗，而循環腐蝕試驗與強化腐蝕試驗腐蝕速率比較接近，兩個試驗相關性較強。

圖5 非電泳試板腐蝕質量損失腐蝕速率趨勢圖

2.2.2 非電泳板腐蝕質量損失擬合分析

通過Originpro數據分析軟件可得出腐蝕質量損失擬合函數，見公式(1)，該二次函數的指數函數擬合曲線與實際試驗結果吻合性在99.75%以上，因此認為可通過函數推算數據分析試驗相關性(如圖6所示)。

y=exp(a+bx+cx2)

(1)

其中：y為腐蝕質量損失；x為腐蝕時間；a為材料理論腐蝕量；b為腐蝕過程催化因子；c為腐蝕過程抑制因子。

可以看出兩種材料在不同試驗中的腐蝕趨勢基本相同，在零部件腐蝕過程初期，腐蝕質量快速增加;隨著時間的推移，腐蝕環境和已產生的腐蝕產物抑制了腐蝕質量損失增加的速度[2]。鍍鋅板強化腐蝕試驗與循環腐蝕試驗在前1 000 h擬合曲線基本重合，1 000 h后逐漸出現偏差，但偏差較中性鹽霧試驗小；SPCC強化腐蝕試驗與循環腐蝕試驗整個過程擬合曲線偏差較小，與中性鹽霧試驗偏差較大。

圖6 腐蝕質量損失擬合結果

2.3 腐蝕產物及微觀形貌分析

利用SEM/EDS觀察電泳板微觀形貌并對其腐蝕產物進行檢測分析(如圖7所示)。SPCC中性鹽霧360 h表面形貌主要呈球狀分布，循環腐蝕和強化腐蝕360 h的腐蝕產物呈粒狀分布或針狀分布，針狀物可能為Fe2O3·XH2O(羥基氧化鐵)[3]。鍍鋅板中性鹽霧360 h出現大量針狀腐蝕產物，循環腐蝕和強化腐蝕360 h則出現少量針狀物，并有顆粒狀物存在。

圖7 電泳板腐蝕產物及微觀形貌

3 結論

綜合來講，鍍鋅電泳板和鍍鋅裸板都在中性鹽霧試驗中的腐蝕速率最快，其次為強化腐蝕和循環腐蝕。SPCC電泳板在循環腐蝕試驗中的腐蝕速率最快，強化腐蝕次之，中性最慢；SPCC裸板則相反。循環腐蝕與強化腐蝕試驗數據擬合后的偏差小，相關性較好。

參考文獻:

[1]李鐵柱.鍍鋅板在車身上的應用[J].汽車制造業，2015(21):48-51.

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